KR102302227B1 - Method for signal reconstruction - Google Patents

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KR102302227B1
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Abstract

본 발명은 나이퀴스트 통신 신호 획득 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아날로그 신호를 수신하고, 에일리어싱을 발생시켜 압축 표본화 하여 압축 표본 신호를 생성하는 신호 압축부; 및 상기 압축 표본 신호를 복원하는 신호 복원부를 포함한다.The present invention relates to a method for acquiring a Nyquist communication signal, and more particularly, to a signal compression unit for receiving an analog signal, generating aliasing to perform compression sampling, and generating a compressed sample signal; and a signal reconstruction unit for reconstructing the compressed sample signal.

Description

나이퀴스트 통신 신호 획득 방법{METHOD FOR SIGNAL RECONSTRUCTION}Nyquist communication signal acquisition method {METHOD FOR SIGNAL RECONSTRUCTION}

본 발명은 나이퀴스트 통신 신호 획득 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단하면서도 아날로그-디지털 변환기에서 의도적인 신호 에일리어싱을 유도하여 혼합된 스펙트럼을 다시 한번 압축함으로써 아날로드 채널수와 샘플링 레이트를 감소시킬 수 있도록 하는 나이퀴스트 통신 신호 획득 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for acquiring a Nyquist communication signal, and more particularly, to reduce the number of analog channels and the sampling rate by compressing the mixed spectrum once again by inducing intentional signal aliasing in a simple and analog-to-digital converter. It relates to a method for acquiring a Nyquist communication signal that enables

전자전(Electronic Warfare, EW) 시스템, 전자 정보(Electronic Intelligence, ELINT) 시스템 또는 인지 무선 통신의 응용은 다중 주파수 신호, 즉, 중심 주파수가 각각 다른 다수의 협대역 신호의 집합을 관찰할 것을 요구하고 있다. 나이퀴스트 샘플링 레이트(Nyquist sampling rate)는 광범위의 최대 주파수의 두 배이다. 다중 대역 신호가 희박한 경우, 즉, 몇 개의 좁은 대역으로 구성되는 경우, 신호는 나이퀴스트 레이트(Nyquist rate)보다 훨씬 낮은 서브-나이퀴스트 레이트(sub-Nyquist rate)에서 정보 손실없이 샘플링 될 수 있다. 무손실 서브-나이퀴스트 샘플링에 필요한 레이트(rate)의 이론적 하한 값은 모든 협대역 신호의 스펙트럼 위치가 알려진 경우 'Landau rate'라고 하는 대역폭의 합계이다. 반면에, 스펙트럼 위치가 알려지지 않은 경우, 그 하한 값은 두 배가 된다.Applications of Electronic Warfare (EW) systems, Electronic Intelligence (ELINT) systems or cognitive radio communications require observing a multi-frequency signal, i.e., a set of multiple narrow-band signals with different center frequencies. . The Nyquist sampling rate is twice the widest maximum frequency. If a multiband signal is sparse, i.e. consists of a few narrow bands, the signal can be sampled without loss of information at a sub-Nyquist rate much lower than the Nyquist rate. have. The theoretical lower limit of the rate required for lossless sub-Nyquist sampling is the sum of the bandwidths, referred to as the 'Landau rate', if the spectral positions of all narrowband signals are known. On the other hand, if the spectral position is unknown, its lower limit is doubled.

일반적인 MWC(Modulated wideband converter)는 샘플링 레이트의 이론적 하한 값을 달성하는 것을 목표로 하는 무손실 서브-나이퀴스트 샘플러일 수 있다. 이때, MWC는 펄스형 패턴을 주기적으로 출력하는 의사 랜덤 신호(pseudo-random signal, PRS)를 이용한다. MWC에는 복수개의 아날로그 채널이 있으며, 각각은 순차적으로 PRS 발생기, 신호 믹서, 안티-에일리어싱(anti-aliasing)을 위한 저역 통과 필터(low-pass filter, LPF) 및 저속 아날로그 - 디지털 변환기 (analog-to-digital converter, ADC)로 구성된다. 이 시스템은 고속으로 진동하는 PRS 및 LPF를 활용하여 다중 대역 스펙트럼을 압축한 후, 서브-나이퀴스트 레이트로 샘플링 한다. 입력 다중 대역 스펙트럼의 재구성은 압축 센싱(compressed sensing, CS) 이론의 일부 조건 하에서 보장된다. MWC에 대해 개발된 CS 재구성 알고리즘에 의해 MWC는 무손실 서브-나이퀴스트 샘플링 레이트의 이론적인 하한 값을 달성할 수 있다는 것이 입증되었다.A typical modulated wideband converter (MWC) may be a lossless sub-Nyquist sampler that aims to achieve a theoretical lower limit of the sampling rate. In this case, the MWC uses a pseudo-random signal (PRS) that periodically outputs a pulsed pattern. The MWC has multiple analog channels, each sequentially a PRS generator, a signal mixer, a low-pass filter (LPF) for anti-aliasing and a low-speed analog-to-digital converter (analog-to-digital converter). -digital converter, ADC). The system utilizes high-speed oscillating PRS and LPF to compress multi-band spectra and then sample at a sub-Nyquist rate. The reconstruction of the input multi-band spectrum is guaranteed under some conditions of compressed sensing (CS) theory. By the CS reconstruction algorithm developed for MWC, it has been demonstrated that MWC can achieve a theoretical lower limit of the lossless sub-Nyquist sampling rate.

이 무손실 서브 나이퀴스트 샘플링을 위한 MWC에 있어서, ADC는 안티-에일리어싱 룰(anti-aliasing rule), 즉, fs ≥ WLPF를 따른다.이 일반적인 룰(rule)은 무손실 서브-나이퀴스트 샘플링에 충분하다. In the MWC for this lossless sub-Nyquist sampling, the ADC follows an anti-aliasing rule, that is, f s ≥ W LPF . This general rule is for lossless sub-Nyquist sampling enough for

그러나, 이 하이-앤드 PRS 발생기(high-end PRS generator)에 의존한 MWC는 무손실 서브-나이퀴스트 샘플링 레이트의 하한 값을 달성하기 위한 유일한 스펙트럼 압축기이다. 스펙트럼 압축의 비율(ratio)은 PRS의 단일 주기 내에서 진동 속도(oscillation speed) 및 펄스형 패턴의 길이에 전적으로 의존한다. 특히, 더 좁은 다중 대역 신호에 대한 압축률(compression ratio)을 향상시키기 위해서는 보다 긴 패턴 길이의 PRS가 필요하다. 또한, 무손실 압축을 위해 진동 속도는 나이퀴스트(Nyquist) 레이트 보다 빨라야 한다. 불행하게도 수십 GHz 범위의 스위칭 속도를 갖는 PRS 발생기의 패턴 길이를 증가시키면 칩 엔지니어링 분야에서 높은 칩 속도로 인한 높은 전력 소모와 큰 공정 면적과 같은 어려운 연구 문제가 발생하게 되어, 이러한 PRS 발생기 칩의 상용 가능성을 저해한다.However, MWC relying on this high-end PRS generator is the only spectral compressor to achieve the lower limit of the lossless sub-Nyquist sampling rate. The ratio of spectral compression is entirely dependent on the oscillation speed and the length of the pulsed pattern within a single period of the PRS. In particular, in order to improve a compression ratio for a narrower multi-band signal, a PRS having a longer pattern length is required. Also, for lossless compression, the vibration rate must be higher than the Nyquist rate. Unfortunately, increasing the pattern length of a PRS generator with a switching speed in the tens of GHz range leads to difficult research problems such as high power consumption and large process area due to high chip speed in the field of chip engineering. impede the possibility

따라서, PRS 발생기에 대한 업그레이드 없이 이론적인 하한선에 근접한 MWC의 무손실 서브-나이퀴스트 샘플링에 대한 레이트를 감소시키기 위한 기술이 개발될 필요가 있다.Therefore, there is a need to develop a technique for reducing the rate for lossless sub-Nyquist sampling of MWC close to the theoretical lower limit without upgrading the PRS generator.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 아날로그-디지털 변환기에서 의도적인 신호 에일리어싱을 유도하여 혼합된 스펙트럼을 다시 한번 압축함으로써 아날로드 채널수와 샘플링 레이트를 감소시킬 수 있도록 하는 나이퀴스트 통신 신호 획득 방법을 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been proposed to solve the above problems, and by inducing intentional signal aliasing in the analog-to-digital converter to compress the mixed spectrum once again, so that the number of analog channels and the sampling rate can be reduced. An object of the present invention is to provide a method for acquiring a Nyquist communication signal.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.Objects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 나이퀴스트 통신 신호 획득 방법은 아날로그 신호를 수신하고, 에일리어싱을 발생시켜 압축 표본화 하여 압축 표본 신호를 생성하는 단계; 및 상기 압축 표본 신호를 복원하는 단계를 포함한다.A method for obtaining a Nyquist communication signal according to the present invention for achieving the above object includes the steps of: receiving an analog signal, generating an aliasing signal to perform compression sampling, and generating a compressed sample signal; and reconstructing the compressed sample signal.

본 발명에 의하면, 아날로그-디지털 변환기에서 의도적인 신호 에일리어싱을 유도하여 혼합된 스펙트럼을 다시 한번 압축함으로써 아날로드 채널수와 샘플링 레이트를 감소시킬 수 있도록 한다.According to the present invention, the number of analog channels and the sampling rate can be reduced by once again compressing the mixed spectrum by inducing intentional signal aliasing in the analog-to-digital converter.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.

도 1은 최대 대역폭 B 및 분할 구간 f I 간 관계에서 샘플링 효율을 나타내기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 MWC의 샘플링 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MWC의 샘플링 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 AMWC에 의해 샘플링 효율을 향상시키는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 나이퀴스트 통신 신호 획득 장치의 구성을 나타내기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 나이퀴스트 통신 신호 획득 장치의 신호 압축부에서의 통신 신호 획득 방법을 나타내기 위한 순서도이다.
1 is a diagram illustrating sampling efficiency in a relationship between a maximum bandwidth B and a division period f I. Referring to FIG.
2 is a diagram for explaining a sampling system of a conventional MWC.
3 is a diagram for explaining a sampling system of the MWC according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram for explaining a principle of improving sampling efficiency by AMWC according to an embodiment of the present invention.
5 is a block diagram illustrating the configuration of an apparatus for obtaining a Nyquist communication signal according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a communication signal acquisition method in the signal compression unit of the Nyquist communication signal acquisition apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기증을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. Objects and effects of the present invention, and technical configurations for achieving them will become clear with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. And the terms to be described later are terms defined in consideration of donation in the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user or operator.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. Only the present embodiments are provided so that the disclosure of the present invention is complete, and to fully inform those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, the scope of the invention, the present invention is defined by the scope of the claims will only be Therefore, the definition should be made based on the content throughout this specification.

한편, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.On the other hand, throughout the specification, when a certain part is "connected" with another part, it is not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member interposed therebetween. include In addition, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further provided without excluding other components unless otherwise stated.

앞서 설명한, 안티-에일리어싱 룰을 따르는 종래의 MWC(conventional MWC)의 입출력 관계는 M. Mishali and Y. C. Eldar, "From theory to practice: Sub-nyquist sampling of sparse wideband analog signals,"(IEEE J. Sel. Topics Signal Process., vol. 4, no. 2, pp. 375-391, Apr. 2010.)를 통해 확인할 수 있다. i번째 채널에서의 입력 x(t)는 먼저 혼합 칩 L의 시퀀스를 주기적으로 출력하는 Tp-periodic PRS p i (t)와 혼합된다. 주기성에 의해, p i (t)의 푸리에 변환(Fourier Transform)은 임펄스 트레인(impulse train)이다. 혼합 신호 s i ( t) = x(t)p i (t)의 FT는 하기 <수학식 1>과 같이 두 스펙트라(spectra)의 컨벌루션이다.The input/output relationship of the conventional MWC (conventional MWC) following the anti-aliasing rule described above is described in M. Mishali and YC Eldar, "From theory to practice: Sub-nyquist sampling of sparse wideband analog signals," (IEEE J. Sel. Topics Signal Process., vol. 4, no. 2, pp. 375-391, Apr. 2010.). The input x ( t ) in the i- th channel is first mixed with Tp- periodic PRS p i ( t ) which periodically outputs the sequence of the mixed chip L. By periodicity, the Fourier transform of p i ( t ) is an impulse train. The FT of the mixed signal s i ( t ) = x ( t ) p i ( t ) is a convolution of two spectra as shown in Equation 1 below.

<수학식 1><Equation 1>

Figure 112019052761117-pat00001
Figure 112019052761117-pat00001

여기서, l= -

Figure 112019052761117-pat00002
에 대해 c i,l p i (t)의 푸리에 급수 계수이고, 혼합 신호 s i ( t) 및 X(f-lf p )는 LPH H(f)에 의해 필터링 된다. 이때, f ∈ F LPF 에 대해 H(f) = 1이라 하고, 그렇지 않으면 H(f) = 0이고, 여기서
Figure 112019052761117-pat00003
이다. 한편, X(f )는 FNYQ에 의해 대역 제한되므로, 상기 <수학식 1>에서 무한 차수 합계는 하기 <수학식 2>와 같이 유한 차수로 감소한다.where l= -
Figure 112019052761117-pat00002
C i, l is the Fourier series coefficient of the p i (t), mixed-signal s i (t) and X (f lf-p) for a is filtered by the LPH H (f). In this case, let H ( f ) = 1 for f ∈ F LPF , otherwise H ( f ) = 0 , where
Figure 112019052761117-pat00003
am. Meanwhile, since X ( f ) is band-limited by F NYQ , the infinite order sum in Equation 1 is reduced to a finite order as shown in Equation 2 below.

<수학식 2><Equation 2>

Figure 112019052761117-pat00004
Figure 112019052761117-pat00004

여기서, LO

Figure 112019052761117-pat00005
에 의해 산출되고, q0
Figure 112019052761117-pat00006
에 의해 산출된다. 다음으로, 레이트의 ADC fs = Ts 1
Figure 112019052761117-pat00007
의 샘플을 취한다. 일반적인 안티-에일리어싱 룰에 의해, fs = W LPF 라 한다. 이때, yi [n]의 이산 시간 푸리에 변환(Discrete-Time Fourier Transform, DTFT)는 상기 <수학식 2>의 스펙트럼을 보존한다.Here, L O is
Figure 112019052761117-pat00005
, and q 0 is
Figure 112019052761117-pat00006
is calculated by Next, the ADC f s = T s 1 of the rate is
Figure 112019052761117-pat00007
take a sample of By the general anti-aliasing rule, f s = W LPF . In this case, the Discrete-Time Fourier Transform (DTFT) of yi [ n] preserves the spectrum of Equation 2 above.

상기 <수학식 2>에 있어서, 대역폭 W LPF 는 쉬프팅 구간 f p 보다 넓기 때문에, 모든 부대역 X(f lf p )은 인접한 q-1개의 부대역들과 스펙트럼적으로 상관된다. 이들을 스펙트럼적으로 직교하게 만들기 위해 샘플 yi [n]은 하기 <수학식 3>과 같이 q개의 디지털 채널을 통해 병렬로 변조 및 저역 통과 필터링 된다.In Equation 2, since the bandwidth W LPF is wider than the shifting period f p , all subbands X( f lf p ) are spectrally correlated with q−1 adjacent subbands. To make them spectrally orthogonal, sample yi [ n ] is modulated and low-pass filtered in parallel through q digital channels as shown in Equation 3 below.

<수학식 3><Equation 3>

Figure 112019052761117-pat00008
Figure 112019052761117-pat00008

s = -q0, . . . , q0에 있어서, 여기서, hf p [n]는 f p / 2의 컷 오프 주파수(cut-off frequency)를 갖는 디지털 LPF이다. 상기 <수학식 3>의 DTFT는 하기 <수학식 4>와 같다.s = -q0, . . . , for q0, where hf p [ n ] is a digital LPF with a cut-off frequency of f p/2. The DTFT of <Equation 3> is as shown in <Equation 4>.

<수학식 4><Equation 4>

Figure 112019052761117-pat00009
Figure 112019052761117-pat00009

여기서,

Figure 112019052761117-pat00010
이고, 대역폭은 쉬프팅 구간과 동일하기 때문에 상기 <수학식 4>에서 부대역 X(f lf p )는 스펙트럼적으로 서로 직교한다. X(f)는 다중 대역 신호이기 때문에, 상기 <수학식 4>에서 몇 개의 부대역들만이 0이 아닌 값을 갖는다. 만약, f p ≥ B이면, 구간 f p 의 균일한 그리드(uniform grid)는 최대 두 개로 각 대역을 분할하기 때문에, 부대역들의 희박성 K에 대한 상한은 K ≤ 2K B 이다.here,
Figure 112019052761117-pat00010
, and since the bandwidth is the same as the shifting period, the subbands X( f lf p ) in Equation 4 are spectrally orthogonal to each other. Since X ( f ) is a multi-band signal, only a few subbands in Equation 4 have non-zero values. If f p ≥ B , since the uniform grid of the interval f p divides each band into at most two, the upper limit for the sparseness K of the subbands is K ≤ 2K B.

결과적으로, 각 아날로드 채널은 q개의 다른 시퀀스를 출력하므로, cMWC는 입력 재구성을 위해 Mq 방정식을 얻는다. 따라서, 방정식의 개수에 따라 입력 스펙트럼이 재구성될 수 있음이 증명되었다.As a result, each analog channel outputs q different sequences, so cMWC gets the Mq equation for input reconstruction. Therefore, it has been proven that the input spectrum can be reconstructed according to the number of equations.

이전에는 고정된 수의 채널 M에 대한 방정식과 PRS 생성을 위해 주어진 f p 에 대한 더 많은 방정식을 얻기 위해 cMWC는 채널-트레이딩 파라미터(channel-trading parameter) q를 제어함에 의해 증가된 샘플링 레이트 f s 에 의존해야 한다.Previously, in order to obtain more equations for a given f p for generating the PRS and an equation for a fixed number of channels M, cMWC increases the sampling rate f s by controlling the channel-trading parameter q . should depend on

상기 <수학식 4>에 있어서, MWC는 입력 스펙트럼을 분할 구간의 균일한 그리드에 따라 다수의 부대역으로 분할하고, 그 다음에 부대역들의 가중된 합의 샘플들을 취한다. 이때, 분할 간격은 f l 로 나타내고, cMWC f l 의 분할 간격은 f p 와 동일하다. 그 샘플들로부터, 마침내 CS 복구 알고리즘은 KB 다중 대역들의 분할 조각을 포함하는 0이 아닌 K개의 부대역들을 복구한다. 결과적으로, 총 샘플링 레이트는 대역폭의 0이 아닌 K개의 부대역들 f l 의 샘플을 취하는데 소비된다. 이것은 MWC에 의한 무손실 샘플링에 필요한 총 샘플링 레이트가 적어도 f s,total ≥ 2Kf I 가 될 것이며, 여기서 계수 2는 0이 아닌 부대역의 알려지지 않은 지원으로부터 발생한다는 것을 나타낸다. 대조적으로, 일반적인 서브 나이퀴스트 샘플링 시스템의 경우에는 다중 대역 신호의 무손실 샘플링에 대한 최소 요구 사항은 f s,total ≥ 2K B B이며, 여기서, K B B는 다중 대역 신호의 실제 스펙트럼 점유율의 상한(upper bound)이다. 즉, f I 가 B보다 훨씬 클 때, MWC는 총 샘플링 레이트의 일부를 비효율적으로 소비한다. 구체적으로, B보다 큰 f I 는 0이 아닌 K개의 서브 밴드들이 사용되지 않는 밴드들, 즉, 제로들로 구성될 확률이 더 높다. 전체 샘플링 레이트의 비효율적인 사용은 도 1에 도시되어 있다.In Equation 4 above, the MWC divides the input spectrum into a plurality of subbands according to a uniform grid of division intervals, and then takes samples of the weighted sum of the subbands. In this case, the division interval is represented by f l , and the division interval of cMWC f 1 is the same as f p . From the samples, finally the CS recovery algorithm recovers K non-zero subbands containing the split fragment of K B multibands. As a result, a total sampling rate is spent taking the sample of the non-zero bandwidth of the K subbands f l. This means that the total sampling rate required for lossless sampling by MWC is at least f s,total ≥ 2 Kf I , where a factor of 2 indicates that it arises from the unknown support of a non-zero subband. In contrast, for a typical sub-Nyquist sampling system, the minimum requirement for lossless sampling of a multiband signal is f s,total ≥ 2 K B B , where K B B is the upper bound of the actual spectral occupancy of the multi-band signal. That is, when f I is much larger than B, the MWC inefficiently consumes a fraction of the total sampling rate. Specifically, f I greater than B has a higher probability that K non-zero subbands are composed of unused bands, ie, zeros. An inefficient use of the overall sampling rate is illustrated in FIG. 1 .

도 1은 최대 대역폭 B 및 분할 구간 f I 간 관계에서 샘플링 효율을 나타내기 위한 도면으로, 구체적으로 (a)는 비효율적인 샘플링을 나타내기 위한 도면이고, (b)는 개선된 샘플링 효율을 나타내기 위한 도면이다. 1 is a diagram illustrating sampling efficiency in a relationship between a maximum bandwidth B and a division period f I. Specifically, (a) is a diagram for inefficient sampling, and (b) is a diagram for improved sampling efficiency is a drawing for

이상적으로, 분할 간격 f I f I ≥ B를 만족하는 동시에 B에 더 세밀하고 가까울 때, 도 1에 도시된 바와 같이 샘플링 효율이 향상된다. 그 효율은 Kf I = K B B 일 때, 극대화된다. 이러한 관찰을 기반으로, 다중 대역 밴드의 실제 스펙트럼 점유율 및 복원된 부대역들의 총 대역폭 간의 비율로써 MWC의 샘플링 효율 α가 하기 <수학식 5>와 같이 정의된다. Ideally, when the division interval f I satisfies f I ≥ B and is finer and closer to B, the sampling efficiency is improved as shown in FIG. 1 . Its efficiency is Kf I = K B B , it is maximized. Based on this observation, the sampling efficiency α of the MWC is defined as the following <Equation 5> as the ratio between the actual spectrum occupancy of the multi-band band and the total bandwidth of the reconstructed subbands.

<수학식 5><Equation 5>

Figure 112019052761117-pat00011
Figure 112019052761117-pat00011

K의 정의에 의해 α ≤ 1은 항상 유지된다.By definition of K, α ≤ 1 always holds.

간단하게, α를 개선한다는 것은 두 개의 장점이 있다. 첫째, 주어진 다중 대역 신호의 무손실 샘플링에 있어서, 요구되는 샘플링 레이트 f s,total 는 이론적인 최소 요구사항 f s,total = 2KBB에 근접하도록 감소하게 된다. 정의에 따르면, α 1에 가까울수록 f s 의 일부분이 도 1에서 사용되지 않은 대역의 샘플들 취하는데 비효율적으로 소비된다는 것을 나타낸다. 감소된 f s,total 에 따르면, 각 채널에서 ADC의 샘플링 레이트 f s 의 수 또는 채널의 개수 M이 감소된다. 둘째, 주어지고 고정된 f s,total 에 있어서, α를 개선하면 신호 재구성을 위한 보다 독립적인 방정식이 산출되므로, 보다 높은 K B 를 갖는 보다 복잡한 다중 대역 신호가 완벽하게 복구될 수 있음을 보여준다.Briefly , improving α has two advantages. First, for lossless sampling of a given multi-band signal, the required sampling rate f s,total decreases to approach the theoretical minimum requirement f s,total = 2K B B. By definition, α is Closer to 1 indicates that a portion of f s is inefficiently consumed taking samples of the unused band in FIG. 1 . According to the reduced f s,total , the number of channels M or the number of channels M or the number of sampling rates f s of the ADC in each channel is reduced. Second, for a given and fixed f s,total , we show that improving α yields a more independent equation for signal reconstruction, so that more complex multi-band signals with higher K B can be perfectly recovered.

도 2는 종래의 MWC의 샘플링 시스템을 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining a sampling system of a conventional MWC.

도 2를 참조하면, 종래의 MWC, 즉, cMWC는 복수개의 채널로 구성되어 있다. 각 채널은 광대역 수신 신호 x(t)를 주기 T P 의 PRS인 p i (t)와 혼합한 후, 대역폭이 WLPF인 저역 통과 필터 h(t)를 통과시키고, T s 의 샘플링 간격으로 샘플링 한다. x(t)의 최대 주파수는 f max 이며, 스펙트럼은 N개의 서로 겹치지 않는 협대역 스펙트럼들로 구성되어 있으며, 각 협대역 스펙트럼의 대역폭은 B이다. WLPF는 PRS의 반복률인 f p = T p -1 과 WLPF = qf p 의 관계가 되도록 설정하며, 이때 q=3으로 고정하였다. 그러나, 이는 일 예일 뿐이며, 필요에 따라 변경 가능하다. MWC의 신호 혼합 과정이 x(t)의 스펙트럼을 뒤섞어 전 대역의 스펙트럼 정보가 아주 협소한 기저대역 내에서 변형된 형태로 존재하도록 한다. 이후, 저역 통과 필터가 기저대역에 존재하는 변형된 형태의 스펙트럼 정보만을 취함으로써, x(t)의 스펙트럼이 압축된다. 압축된 스펙트럼을 통해 x(t)의 이산 스펙트럼을 복원한다. 기존의 MWC, 즉, cMWC는 샘플링 레이트인 f s := T s -1h(t)의 통과 대역폭을 일치시켜, 즉, f s = WLPF, 표본화 과정에서 압축된 스펙트럼의 에일리어싱이 발생하지 않도록 방지하였다.Referring to FIG. 2 , the conventional MWC, ie, cMWC, consists of a plurality of channels. Each channel mixes the wideband received signal x ( t ) with p i (t) , which is a PRS of period T P , and then passes through a low-pass filter h(t) with a bandwidth of W LPF and is sampled at a sampling interval of T s . do. The maximum frequency of x ( t ) is f max , and the spectrum consists of N non-overlapping narrowband spectra, and the bandwidth of each narrowband spectrum is B. W LPF was set to have a relationship between f p = T p -1 , which is the repetition rate of PRS, and W LPF = qf p , and at this time, q = 3 was fixed. However, this is only an example and may be changed as necessary. The signal mixing process of MWC shuffles the spectrum of x ( t ) so that the spectrum information of the entire band exists in a modified form within a very narrow baseband. Then, the spectrum of x ( t ) is compressed by the low-pass filter taking only the modified form of spectral information existing in the baseband. Reconstruct the discrete spectrum of x ( t ) through the compressed spectrum. Conventional MWC, that is, cMWC, matches the sampling rate of f s := T s -1 and the pass bandwidth of h(t) , that is, f s = W LPF , so that aliasing of the compressed spectrum does not occur during the sampling process. prevented from happening.

이 cMWC의 경우, 샘플링 효율은 전적으로 PRS 발생기의 하드웨어 기능에 따라 달라지며, 이로 인해 심각한 구현 문제가 발생할 수 있다. cMWC의 샘플링 효율은 f I , cMWC f p 에 고정되어 있기 때문에 PRS 발생기의 사양에 따라 달라진다. 그 정의에 따르면, cMWC의 샘플링 효율 α cMWC 을 개선할 수 있는 유일한 방법은 PRS들의 반복률 f p 를 B에 가깝게 하는 것이었다.For this cMWC, the sampling efficiency depends entirely on the hardware capabilities of the PRS generator, which can cause serious implementation problems. The sampling efficiency of cMWC depends on the specifications of the PRS generator because f I and cMWC are fixed at f p . According to its definition, the only way to improve the sampling efficiency α cMWC of cMWC was to bring the repetition rate f p of PRSs close to B.

앞서 살펴본 바와 같이, PRS의 칩 속도는 나이퀴스트 레이트, 즉, f c f NYQ 이상이어야 한다. 그러므로, f p = f c L 1의 관계로부터 칩 길이 L은 f P 를 제어하는 유일한 자유 파라미터이다. 대개 B는 f NYQ 보다 훨씬 작기 때문에, f p 를 B에 더 가깝게 맞추려면 매우 긴 L가 필요하다. 구체적으로, cMWC는 정보 손실 없이 샘플링 하기 위해서 PRS의 진동 속도가 x(t)의 나이퀴스트 레이트인 f NYQ := 2fmax 보다 빨라야 하며, f p 의 값이 B의 값에 가까울수록 더 적은 샘플링 레이트를 필요로 한다. f p 의 값은 PRS의 의사잡음 패턴의 길이를 조절함으로써 가능하다. 만약, f NYQ 가 매우 큰 반면 B가 아주 작다면, f p 가 B와 같아지게 하기 위해서는 PRS가 아주 긴 길이의 의사잡음 패턴을 가져야 한다. 그러나 그러한 PRS 발생기는 많은 전력을 소모하고 넓은 공정 면적을 필요로 하기 때문에 상용화가 어렵다. 따라서, PRS의 칩 길이 L에 의존하지 않고 α를 개선하는 다른 수단이 매우 중요하다.As previously discussed, the chip speed of PRS is dependent on the Nyquist rate, that is, f c f NYQ. should be more than Therefore, f p = f c L 1 , the chip length L is the only free parameter controlling f P . Since B is usually much smaller than f NYQ , we need a very long L to fit f p closer to B. Specifically, in order to sample without loss of information, cMWC shows that the oscillation rate of the PRS is the Nyquist rate of x ( t ), f NYQ. := must be faster than 2fmax , and the closer the value of f p is to the value of B, the lower the sampling rate is required. The value of f p is possible by adjusting the length of the pseudo noise pattern of the PRS. if, If f NYQ is very large while B is very small, then In order for f p to be equal to B, the PRS must have a very long pseudo-noise pattern. However, it is difficult to commercialize such a PRS generator because it consumes a lot of power and requires a large process area. Therefore, other means of improving α that do not depend on the chip length L of the PRS are very important.

본 발명은 전체 샘플링 레이트 f s (total = Mfs)를 증가시키거나 f p 를 감소시키는 비용 집약적인 방법 없이 더 많은 수학식을 획득하고, 입력 재구성 성능을 향상시킬 수 있는 다른 방법을 제안한다. 구체적으로, PRS 발생을 위해 주어진 고정 규격 f p , f c 및 L로 샘플링 효율 α를 개선하고자 한다. 이때, 작은 L 및 B와 큰 fNYQ를 가정하는데, 이는 B와 비교하여 f p 가 충분히 크다는 것을 의미하며, α를 개선할 수 있는 여지를 만든다. 즉, 자연수 p > 1에 대해 f p pB 가 된다. 그러면 PRS 발생기를 업그레이드하지 않고, 높은 전력 소비 및 더 넓은 공정 면적과 같은 구현 문제를 일으키지 않으면서 α를 개선할 수 있다.The present invention proposes another method capable of obtaining more equations and improving the input reconstruction performance without a cost-intensive method of increasing the total sampling rate f s (total = Mfs ) or decreasing f p . Specifically, it is intended to improve sampling efficiency α with fixed standards f p , f c and L given for PRS generation. At this time, small L and B and large f NYQ are assumed, which means that f p is sufficiently large compared to B, and makes room for improvement of α. That is, for a natural number p > 1, f p pB . Then α can be improved without upgrading the PRS generator and without introducing implementation issues such as higher power consumption and larger process area.

이하에서 본 발명에서 제안하고 있는 방법을 AMWC(Aliased Modulated Wideband Converters)라 지칭하기로 한다. 이 AMWC는 cMWC에서 사용되는 안티-에일리어싱 룰 f s = WLPF를 불필요하게 렌더링 한다. 대신에 AMWC는 x(t) 스펙트럼을 샘플링 하는 과정에서 의도적으로 ADC에서 에일리어싱을 발생시켜, 즉, 유도하여 분할 간격 f l 을 규제하고, PRS의 사양에 의존하지 않고도 α를 개선한다. 이를 위해, 새로운 샘플링 레이트

Figure 112019052761117-pat00012
로 설정하며, p=2로 설정하기로 한다. AMWC는 샘플링 과정에서 에릴리어싱 현상을 허용함으로써 cMWC에서 PRS의 f p 의 값을 줄이는 어려운 방법과 동일한 효과를 가져온다. 에일리어싱 현상으로 인해 cMWC와는 그 입-출력 관계식은 다르게 변형된다.Hereinafter, the method proposed by the present invention will be referred to as AMWC (Aliased Modulated Wideband Converters). This AMWC renders the anti-aliasing rule f s = W LPF used in cMWC unnecessarily. Instead AMWC is to generate an aliasing at the ADC is by the process of sampling x (t) spectrum, that is, to improve the α induced without relying on the specification of the division intervals regulate f l, and PRS. For this, the new sampling rate
Figure 112019052761117-pat00012
, and p = 2 is set. AMWC has the same effect as the difficult method of reducing the value of f p of PRS in cMWC by allowing aliasing phenomenon in the sampling process. Due to the aliasing phenomenon, the input-output relation is transformed differently from cMWC.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MWC의 샘플링 시스템에 따라 신호 처리하는 과정을 나타내기 위한 도면이다.3 is a diagram illustrating a signal processing process according to the sampling system of the MWC according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 MWC, 즉, AMWC는 M개의 아날로그 채널로 병렬 구성되며, 각 채널은 PRS 발생기, 신호 믹서, 안티-에일리어싱(anti-aliasing)을 위한 저역 통과 필터(low-pass filter, LPF) 및 저속 아날로그 - 디지털 변환기 (analog-to-digital converter, ADC)로 구성된다.Referring to FIG. 3 , the MWC, ie, the AMWC, according to an embodiment of the present invention is configured in parallel with M analog channels, and each channel is a PRS generator, a signal mixer, and a low-pass filter for anti-aliasing. It consists of a low-pass filter (LPF) and a low-speed analog-to-digital converter (ADC).

여기서, 의사 랜덤 신호를 생성하는 의사 랜덤 Here, pseudo-random generating a pseudo-random signal

채널 인덱스 i에 대한 각각의 PRS인 i (t)는 주기적이며, 단일 주기 Tp 이내에 홀수 길이 L의 칩들을 출력한다. 각각의 칩은 칩 기간 T c = T p L -1 동안 지속된다. 칩 속도는

Figure 112019052761117-pat00013
, PRS의 반복률은
Figure 112019052761117-pat00014
로 표시한다. LPF는 컷-오프 주파수
Figure 112019052761117-pat00015
를 가지며, 여기서 W LPF 는 음의 주파수를 포함하는 필터의 대역폭을 나타낸다. LPF 대역폭은
Figure 112019052761117-pat00016
로 설정되며, 여기서 q는 홀수 양의 정수인 채널 트레이딩 파라미터이다. 마지막으로, 모든 채널에서 동일한 샘플링 레이트는 f s 로 나타낸다. 모든 채널의 샘플링 레이트를 합한 총 샘플링 레이트는
Figure 112019052761117-pat00017
로 정의된다.Each PRS for channel index i i ( t ) is periodic and outputs chips of odd length L within a single period Tp. Each chip has a chip period T c = T p L -1 lasts for a while the chip speed
Figure 112019052761117-pat00013
, the repetition rate of PRS is
Figure 112019052761117-pat00014
indicated as LPF is the cut-off frequency
Figure 112019052761117-pat00015
, where W LPF represents the bandwidth of the filter including the negative frequency. LPF bandwidth is
Figure 112019052761117-pat00016
, where q is an odd positive integer channel trading parameter. Finally, the same sampling rate for all channels is denoted by f s . The total sampling rate is the sum of the sampling rates of all channels.
Figure 112019052761117-pat00017
is defined as

이 AMWC는 먼저 PRS를 이용하여 입력 다중 대역 스펙트럼을 압축한 후, 다중 밴드 스펙트럼의 0이 아닌 부대역은 CS 복구 알고리즘에 의해 복구된다. CS 복구에 성공하기 위해서는 각 PRS의 나이퀴스트 범위 F NYQ 이내의 모든 스펙트럴 컴포넌트(spectral component)들이 독립적이어야 하며, 빠른 칩 속도는 f c f NYQ 를 필요로 한다. f c = f NYQ 로 설정하기로 한다.This AMWC first compresses the input multi-band spectrum using PRS, and then the non-zero sub-bands of the multi-band spectrum are recovered by the CS recovery algorithm. In order to succeed in CS recovery, all spectral components within the Nyquist range F NYQ of each PRS must be independent, and a fast chip speed requires f c f NYQ . Let f c = f NYQ be set.

앞서 설명한 cMWC와 비교해 볼 때, 안티-에일리어싱 룰을 충족시키지 않도록 설계된다. 오히려 LPF의 대역폭을 샘플링 레이트보다 크게 설정하여 의도적인 에일리어싱을 유도하도록 설계된다. 사실, cMWC 및 AMWC 모두에서 에일리어싱이 먼저 믹서에 의해 도입된다. 이 첫번째 에일리어싱의 효과는 상기 <수학식 2>에서와 같으며, 여기서 믹서가 이동하고, 가중치를 부여하며, 신호 스펙트럼 X(f)가 f p 의 간격으로 자신의 이동 버전과 오버랩 된다.Compared to the cMWC described above, it is designed not to meet the anti-aliasing rules. Rather, it is designed to induce intentional aliasing by setting the bandwidth of the LPF to be larger than the sampling rate. In fact, in both cMWC and AMWC, aliasing is first introduced by the mixer. The effect of this first aliasing is the same as in Equation 2 above, where the mixer moves, weights, and the signal spectrum X ( f ) overlaps its moving version with an interval of f p .

두번째 에일리어싱에 의해, 오버랩 된 스펙트럼은 필터 대역폭보다 작은 새로운 샘플링 레이트 AMWC f' s 의 간격으로 다시 에일리어싱 된다. f p f' s 사이의 관계를 조절함으로써, X(f)가 AMWC의 출력에서 분리되는 간격인 분할 간격 f l 가 조절된다. AMWC의 새로운 샘플링 레이트 f' s 는 하기 <수학식 6>과 같다.By the second aliasing, the overlapped spectra are aliased again with an interval of a new sampling rate AMWC f' s smaller than the filter bandwidth. By adjusting the relationship between f p and f' s , the division interval f l , the interval at which X ( f ) is separated from the output of the AMWC, is adjusted. The new sampling rate f' s of the AMWC is expressed in Equation 6 below.

<수학식 6><Equation 6>

Figure 112019052761117-pat00018
Figure 112019052761117-pat00018

여기서, q'는 AMWC의 새로운 채널 트레이딩 파라미터 및 홀수이다. LPF의 대역폭은 W LPF = q'f p 이며, 따라서, 정수 에일리어싱 파라미터 p > 1에 대한 W LPF = pf' s 이다.Here, q' is the new channel trading parameter and odd number of AMWC. The bandwidth of LPF is W LPF = q'f p , and thus W LPF = pf' s for the integer aliasing parameter p > 1.

X(f)의 정보 손실이 없도록 하기 위해 q' > p 인 coprime p q'를 보여줄 필요가 있다. 새로운 샘플링 레이트는 추가적인 에일리어싱을 유도하고 샘플링 효율을 개선하기 위해 분할 간격 f l 을 조정한다. In order to ensure that there is no loss of information in X( f ), we need to show coprime p and q' where q' > p. The new sampling rate introduces additional aliasing and adjusts the splitting interval f l to improve the sampling efficiency.

AMWC의 분할 간격, 즉, f l,AMWC = f' p 가 될 LCS(least common shifting interval)는 하기 <수학식 7>과 같다.AMWC divided interval, that is, f l, AMWC = f ' p LCS (least common shifting interval) to be the same as for <Equation 7>.

<수학식 7><Equation 7>

Figure 112019052761117-pat00019
Figure 112019052761117-pat00019

한편, X(f)는 f' p 의 간격으로 스펙트럼적으로 직교하는 부대역들로 분할되므로, 즉, AMWC의 분할 간격은 f l,cMWC 보다 p배 낮은 상기 <수학식 7>에 따른 LCS f' p 와 동일하다.Meanwhile, since X ( f ) is divided into spectrally orthogonal subbands at intervals of f′ p , that is, the division interval of AMWC is p times lower than f l,cMWC LCS according to Equation 7 above. is the same as f 'p.

한편, 상기 <수학식 6>에서 새로운 샘플링 레이트 f' s 가 도입됨에 따라 AMWC와 cMWC를 비교하는 것이 더욱 용이해진다. 구체적으로, 샘플링 레이트가 고정되면, cMWC에 의해 획득한 입력 재구성에 대한 방정식의 수와 AMWC에서 획득한 방정식의 수를 비교할 수 있으며, 고정된 방정식의 개수와 함께 두 가지에 대한 샘플링 레이트를 비교할 수 있다.On the other hand, as a new sampling rate f' s is introduced in Equation (6), it becomes easier to compare AMWC and cMWC. Specifically, if the sampling rate is fixed, the number of equations for the input reconstruction obtained by cMWC can be compared with the number of equations obtained from the AMWC, and the sampling rate for the two can be compared with the fixed number of equations. have.

주어진 샘플링 레이트 f' s = q'f p /p에 있어서, AMWC에서 획득한 방정식의 개수는 Mq' 이다. 주어진 샘플링 레이트 f s = qf p 에 있어서, cMWC에서 획득한 방정식의 개수는 Mq 이다. 샘플링 레이트가 동일하게 고정되면, 즉, fs = f's이면, q' = qp 이다. 이것은 AMWC가 cMWC 보다 p배 더 많은 방정식을 가지고 있다는 것을 의미한다. 하기 <표 1>은 AMWC의 방정식의 수 증가에 대한 일 예를 나타낸 것으로, AMWC 및 cMWC 간 파라미터 비교표이다.For a given sampling rate f' s = q'f p /p , the number of equations obtained in AMWC is Mq' . For a given sampling rate f s = qf p , the number of equations obtained in cMWC is Mq . If the sampling rate remains the same, i.e. fs = f's, then q' = qp . This means that AMWC has p times more equations than cMWC. Table 1 below shows an example of an increase in the number of equations in AMWC, and is a parameter comparison table between AMWC and cMWC.

<표 1><Table 1>

Figure 112019052761117-pat00020
Figure 112019052761117-pat00020

한편, 방정식의 수를 고정함으로써, Mq = Mq' 일 때, AMWC는 cMWC 보다 p배 작은 샘플링 레이트를 요구한다.On the other hand, by fixing the number of equations, when Mq = Mq' , AMWC requires a sampling rate p times smaller than cMWC.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 AMWC에 의해 샘플링 효율을 향상시키는 원리를 설명하기 위한 도면으로, AMWC가 어떻게 분할 간격을 조절하고 샘플링 효율을 개선하는지를 설명하기 위한 도면이다. 이때, q = 3, q' = q, p = 2, M = 3으로 설정한 경우에 대해 도시한 것이다.4 is a diagram for explaining a principle of improving sampling efficiency by an AMWC according to an embodiment of the present invention, and is a diagram for explaining how the AMWC adjusts a division interval and improves sampling efficiency. In this case, a case where q = 3, q' = q , p = 2, M = 3 is illustrated.

구체적으로, (a)는 cMWC 및 AMWC 간 스펙트럴 처리 과정을 비교하기 위한 도면이고, (b)는 cMWC 및 AMWC 간 출력 관계를 나타내기 위한 도면이다. 먼저, 입력 스펙트럼 X(f)는 PRS와 혼합되고, LPF를 통해 필터링하여 에일리어싱 된다. 이때, X(f)의 에일리어싱 된 버전은 Yi (f )로 표시되는데, cMWC 및 AMWC의 주요 차이점은 이 Yi (f )의 시간-샘플을 어떻게 취하느냐이다. (a)를 통해 볼 때, cMWC는 시간-샘플을 취함에 있어서 스펙트럼 Yi (f )이 에일리어싱 되는 것을 방지하는 반면에, AMWC는 스펙트럼 Yi (f )를 고의로 다시 한번 에일리어싱 한다. 그에 따라, cMWC 및 AMWC의 출력 관계 간에는 차이가 있으며, 그 차이는 (b)를 통해 확인할 수 있다.Specifically, (a) is a diagram for comparing spectral processing processes between cMWC and AMWC, and (b) is a diagram illustrating an output relationship between cMWC and AMWC. First, the input spectrum X ( f ) is mixed with the PRS and aliased by filtering through the LPF. Here, the aliased version of X ( f ) is denoted by Yi ( f ), and the main difference between cMWC and AMWC is how the time-sample of this Yi ( f) is taken. As seen through (a), the cMWC prevents the spectrum Yi ( f ) from being aliased in taking time-samples, whereas the AMWC deliberately aliases the spectrum Yi ( f ) once again. Accordingly, there is a difference between the output relationship of cMWC and AMWC, and the difference can be confirmed through (b).

한편, (c)는 cMWC의 입-출력 관계를 나타내기 위한 도면이고, (d)는 AMWC의 입-출력 관계를 나타내기 위한 도면이다. (c)에서와 같이 cMWC의 분할 간격은 f p 인 반면에, (d)에서와 같이 AMWC의 분할 간격은 f' p 로 반으로 줄어든다. 즉, AMWC의 샘플링 효율은 두배가 된다(p=2).Meanwhile, (c) is a diagram illustrating the input-output relationship of cMWC, and (d) is a diagram illustrating the input-output relationship of AMWC. As in (c), the split interval of cMWC is f p , whereas that of AMWC as in (d) is halved with f' p . That is, the sampling efficiency of AMWC is doubled ( p = 2).

이하에서는 이 샘플링 효율에 대해 살펴보도록 한다. 즉, 상기 <수학식 5>에서 정의된 바에 따라, AMWC의 샘플링 효율(α AMWC )와 cMWC의 샘플링 효율(α cMWC )를 비교한다.Hereinafter, this sampling efficiency will be described. That is, as defined in the <Equation 5>, it compares the sampling efficiency of the AMWC AMWC) and the sampling efficiency of the cMWC cMWC).

일반적으로 샘플링 효율은 무작위 변수인 희소성(Sparsity) K 함수로서, cMWC 및 AMWC의 희소성을 각각 K cMWC 및 K AMWC 로 나타내기로 하며, K cMWC 및 K AMWC 에 대해 cMWC 및 AMWC 모두에서 X(f)의 KB 대역이 모두 하나의 부대역, 즉, K cMWC = K AMWC = KB를 점유하는 것으로 가정한다. 이는 f p p -1 ≫ B이고, 다중 대역의 중심 주파수가 작은 KB로 서로 충분히 떨어져 있을 때 높은 확률로 발생한다.In general, the sampling efficiency of a rare (Sparsity) K function random variable, and group indicate a scarcity of cMWC and AMWC respectively K and K cMWC AMWC, for K and K cMWC AMWC In all cMWC and AMWC X (f) of the band K B are both a sub-band, that is, it is assumed to occupy cMWC K = K = K B AMWC. This occurs with a high probability when f p p -1 >> B, and the center frequencies of multiple bands are sufficiently far apart from each other by a small K B .

이러한 가정 하에서, cMWC 및 AMWC의 샘플링 효율은 각각 하기 <수학식 8> 및 <수학식 9>에 의해 얻어진다.Under this assumption, the sampling efficiencies of cMWC and AMWC are obtained by the following <Equation 8> and <Equation 9>, respectively.

<수학식 8><Equation 8>

Figure 112019052761117-pat00021
Figure 112019052761117-pat00021

<수학식 9><Equation 9>

Figure 112019052761117-pat00022
Figure 112019052761117-pat00022

만약, p = 1이라면, cMWC 및 AMWC는 완전히 동일하므로, α cMWC α AMWC 또한 동일하게 된다(α cMWC = α AMWC ). 한편, p > 1이라면, AMWC의 고의적인 에일리어싱은 샘플링 효율이 p 에 비례하여 향상된다.If, if p = 1, and cMWC AMWC because exactly the same, α and α cMWC AMWC also becomes equal to = α cMWC AMWC). On the other hand, if p > 1, the deliberate aliasing of AMWC improves the sampling efficiency in proportion to p.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 나이퀴스트 통신 신호 획득 장치의 구성을 나타내기 위한 블록도이다.5 is a block diagram illustrating the configuration of an apparatus for obtaining a Nyquist communication signal according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 나이퀴스트 통신 신호 획득 장치(1)는 신호 압축부(10) 및 신호 복원부(20)를 포함한다. Referring to FIG. 5 , the Nyquist communication signal obtaining apparatus 1 includes a signal compressing unit 10 and a signal restoring unit 20 .

신호 압축부는 아날로그 신호를 수신하고, 에일리어싱을 발생시켜 압축 표본화 하여 압축 표본 신호를 생성하는 것으로, 의사 랜덤 신호 생성부(11), 믹서(12), 저역 통과 필터(13) 및 아날로그-디지털 변환부(14)를 포함하여 구성될 수 있다.The signal compression unit receives an analog signal, generates aliasing and compresses and samples to generate a compressed sample signal. A pseudo-random signal generation unit 11, a mixer 12, a low-pass filter 13, and an analog-to-digital conversion unit (14) may be included.

의사 랜덤 신호 생성부는 의사 랜덤 신호를 생성하고, 믹서는 복수의 아날로그 채널 각각에서 수신된 아날로그 신호를 그 의사 랜덤 신호와 혼합하여 혼합 신호를 생성한다. 한편, 저역 통과 필터는 에일리어싱을 발생시켜 에일리어싱 된 혼합 신호를 생성하고, 아날로그-디지털 변환부는 그 에일리어싱 된 신호를 아날로그-디지털 변환을 수행한다.The pseudo-random signal generator generates a pseudo-random signal, and the mixer mixes the analog signal received from each of the plurality of analog channels with the pseudo-random signal to generate a mixed signal. Meanwhile, the low-pass filter generates aliasing to generate an aliased mixed signal, and the analog-to-digital converter performs analog-to-digital conversion on the aliased signal.

한편, 신호 복원부는 밴드 패스 필터(21), 변조부(22) 및 decimation(23)을 포함하여 구성될 수 있다.Meanwhile, the signal restoration unit may include a band pass filter 21 , a modulator 22 , and a decimation 23 .

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 나이퀴스트 통신 신호 획득 장치의 신호 압축부에서의 통신 신호 획득 방법을 나타내기 위한 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a communication signal acquisition method in the signal compression unit of the Nyquist communication signal acquisition apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 아날로그 신호를 수신하면(S601), 그 아날로그 신호에 의사 랜덤 신호, 즉, PRS를 혼합하고(S603), 그 혼합 신호를 에일리어싱을 발생시키는 저역 대역 필터를 통과시켜 샘플링 레이트 f' s 로 아날로그-디지털 변환한다(S605). 이로써, 샘플린 된 신호, 즉, 압축 표본 신호가 복수의 아날로그 채널로부터 출력된다.Referring to FIG. 6 , upon receiving an analog signal (S601), a pseudo-random signal, that is, PRS, is mixed with the analog signal (S603), and the mixed signal is passed through a low-pass filter that generates aliasing to generate a sampling rate f ' s to analog-digital conversion (S605). Thereby, a sampled signal, ie, a compressed sampled signal, is output from the plurality of analog channels.

이후, 복수의 아날로그 채널 각각에 대응하는 복수의 디지털 채널에서 밴드 패스 필터를 거쳐 주파수를 변조하고(S607), 그 디지털 채널 각각에서 출력된 출력 스펙트럼을 결합하여 출력 신호를 생성한다(S609). 이로써, 출력 신호와 의사 랜덤 신호의 스펙트럼 정보를 근거로하여 입력 신호를 결정한다(S611).Thereafter, a frequency is modulated through a band pass filter in a plurality of digital channels corresponding to each of the plurality of analog channels (S607), and output spectra output from each of the digital channels are combined to generate an output signal (S609). Accordingly, an input signal is determined based on the spectrum information of the output signal and the pseudo-random signal (S611).

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 주어진 PRS에 대한 무손실 서브-나이퀴스트 샘플링 레이트를 감소시키는 에일리어싱 된 MWC에 대한 것으로, 종래의 안티-에일리어싱 룰을 깨고 이전 LPF의 대역폭을 ADC 샘플링 레이트보다 크게 설정하여 각 공간 채널의 ADC에서 의도적인 에일리어싱을 유도하도록 합니다. 먼저, 혼합(mixing) 및 LPF 과정에 의한 첫번째 스펙트럼 압축 외에도, 이러한 의도적인 에일리어싱은 이전 LPF의 대역폭 및 ADC 샘플링 레이트 간 특정 관계에 따른 또 다른 스펙트럼 압축으로 이어진다. 두 번의 스펙트럼 압축 절차를 통해, 더 빠르거나 긴 PRS 신호 없이 압축 비율을 개선하도록 한다. 즉, 본 발명은 PRS를 업그레이드 하지 않고도 무손실 서브-라이퀴스트 샘플링 레이트를 감소시켜 샘플링 효율을 향상시키는 효과를 달성하며, 하드웨어를 추가적으로 구성할 필요가 없도록 한다.As described above, the present invention relates to an aliased MWC that reduces the lossless sub-Nyquist sampling rate for a given PRS, breaking the conventional anti-aliasing rule and setting the bandwidth of the previous LPF to be larger than the ADC sampling rate. to induce intentional aliasing in the ADC of each spatial channel. First, in addition to the first spectral compression by the mixing and LPF process, this intentional aliasing leads to another spectral compression according to the specific relationship between the bandwidth of the previous LPF and the ADC sampling rate. Through two spectral compression procedures, the compression ratio is improved without a faster or longer PRS signal. That is, the present invention achieves the effect of improving sampling efficiency by reducing the lossless sub-Lyquist sampling rate without upgrading the PRS, and eliminating the need to additionally configure hardware.

본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.In the present specification and drawings, preferred embodiments of the present invention have been disclosed, and although specific terms are used, these are only used in a general sense to easily explain the technical content of the present invention and help the understanding of the present invention. It is not intended to limit the scope. It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains that other modifications based on the technical spirit of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.

Claims (4)

나이퀴스트 통신 신호 획득 방법에 있어서,
아날로그 신호를 수신하고, 에일리어싱을 발생시켜 압축 표본화 하여 압축 표본 신호를 생성하는 단계; 및
상기 압축 표본 신호를 복원하는 단계를 포함하고,
상기 아날로그 신호를 수신하고, 에일리어싱을 발생시켜 압축 표본화 하여 압축 표본 신호를 생성하는 단계는,
의사 랜덤 신호 생성부가 의사 랜덤 신호를 생성하는 단계;
믹서가 복수의 아날로그 채널 각각에서 상기 수신된 아날로그 신호를 상기 의사 랜덤 신호와 혼합하여 혼합 신호를 생성하는 단계;
저역 통과 필터가 1차적으로 에일리어싱을 발생시켜 에일리어싱 된 혼합 신호를 생성하는 단계;
아날로그-디지털 변환부가 상기 에일리어싱 된 신호에 대해 하기 <수학식 10>에 의한 샘플링 레이트(f's)를 이용하여 2차적으로 에일리어싱을 발생시킨 후, 아날로그-디지털 변환을 수행하여 상기 압축 표본 신호를 생성하는 단계를 포함하며,
상기 저역 통과 필터의 대역폭은 상기 아날로그-디지털 변환부의 샘플링 레이트(f's) 보다 크게 설정되는 것으로 상기 의사 랜덤 신호의 반복률의 1/q배인 것으로, 상기 저역 통과 필터의 대역폭은 하기 <수학식 11>로 나타낼 수 있고, 상기 샘플링 레이트(f's)는 샘플링 효율(αAMWC)을 개선하기 위해 분할 간격(fl,cMWC 또는 f'p)을 조정하는 것으로, 상기 분할 간격(f'p)은 하기 <수학식 12>로 나타낼 수 있으며, 상기 샘플링 효율은 하기 <수학식 13>으로 나타낼 수 있는 것을 특징으로 하는 나이퀴스트 통신 신호 획득 방법.
<수학식 10>
Figure 112021044603699-pat00029

<수학식 11>
WLPF = q'fp
<수학식 12>
Figure 112021044603699-pat00030

<수학식 13>
Figure 112021044603699-pat00031

여기서, fp는 분할 간격이고, q'는 채널 트레이딩 파라미터이되 홀수이고, B는 최대 대역폭이며, KBB는 다중 대역 신호의 실제 스펙트럼 점유율의 상한(upper bound)임.
A method for acquiring a Nyquist communication signal, the method comprising:
receiving the analog signal, generating aliasing to perform compression sampling to generate a compressed sample signal; and
reconstructing the compressed sample signal;
generating a compressed sample signal by receiving the analog signal and compressing the sample by generating aliasing,
generating a pseudo-random signal by a pseudo-random signal generator;
mixing, by a mixer, the received analog signal on each of a plurality of analog channels with the pseudo-random signal to generate a mixed signal;
generating, by a low-pass filter, first aliasing to generate an aliased mixed signal;
After the analog-to-digital converter secondarily generates aliasing for the aliased signal using the sampling rate (f' s ) according to Equation 10 below, analog-to-digital conversion is performed to obtain the compressed sample signal comprising the steps of creating
The bandwidth of the low-pass filter is set to be larger than the sampling rate (f' s ) of the analog-to-digital converter, and is 1/q times the repetition rate of the pseudo-random signal, and the bandwidth of the low-pass filter is > can be represented by the sampling rate (f 's) is divided interval (f l, cMWC or f in order to improve the sampling efficiency (α AMWC)' by adjusting a p), the division interval (f 'p) may be expressed by the following <Equation 12>, and the sampling efficiency may be expressed by the following <Equation 13>.
<Equation 10>
Figure 112021044603699-pat00029

<Equation 11>
W LPF = q'f p
<Equation 12>
Figure 112021044603699-pat00030

<Equation 13>
Figure 112021044603699-pat00031

where f p is the split interval, q' is the channel trading parameter but odd, B is the maximum bandwidth, and K B B is the upper bound of the actual spectral share of the multi-band signal.
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